Кулинария: от практики к теории

Белки в состоянии более или менее обводненных студней при тепловой денатурации уплотняются, т. е. происходит их дегидратация с отделением жидкости в окружающую среду. Реологические характеристики таких уплотненных студней зависят от температуры, рН среды и продолжительности нагревания.

Денатурация белков в студнях, сопровождающаяся их уплотнением и отделением воды, происходит при тепловой обработке мяса, рыбы, варке бобовых, выпечке изделий из теста.

При значениях рН среды, близких к изоэлектрической точке белка, денатурация происходит при более низкой температуре и сопровождается максимальной дегидратацией белка. Смещение рН среды в ту или иную сторону от изоэлектрической точки белка способствует повышению его термостабильности. Так, вы-деленный из мышечной ткани рыб глобулин Х, который имеет изоэлектрическую точку при рН 6,0, в слабокислой среде (рН 6,5) денатурирует при 500 С, в нейтральной (рН 7,0) при 800 С.

Реакция среды влияет и на степень дегидратации белков в студнях при тепловой обработке продуктов. Направленное изменение реакции среды широко используется в технологии для улучшения качества блюд. Так, при припускании птицы, рыбы, тушении мяса, мариновании мяса и рыбы перед жаркой добавляют кислоту, вино или другие кислые приправы для создания кислой среды со значениями рН, лежащими значительно ниже изоэлектрической точки белков продукта. В этих условиях дегидратация белков в студнях снижается и готовый продукт получается более сочным.

В кислой среде набухает коллаген мяса и рыбы, снижается его температура денатурации, ускоряется переход в глютин, в результате чего готовый продукт получается более нежным.

Пенообразование -- способность белков образовывать высококонцентрированные системы жидкость-газ (пены). Это свойство белков широко используются при получении кондитерских изделий (бисквиты, пастила, зефир, суфле).

Деструкция. Молекула белков под влиянием ряда факторов может разрушаться или вступать во взаимодействие с другими веществами с образованием новых продуктов.

Для доведения продукта до полной готовности денатурированные белки нагревают при температурах, близких к 1000С, более или менее продолжительное время. В этих условиях наблюдаются дальнейшие изменения белков, связанные с разрушением их макромолекул. На первом этапе изменений от белковых молекул могут отщепляться такие летучие продукты, как аммиак, сероводород, фосфористый водород, углекислый газ и др. Накапливаясь в продукте и окружающей среде, эти вещества участвуют в образовании вкуса и аромата готовой пищи. При длительном гидротермическом воздействии происходит деполимеризация белковой молекулы с образованием водорастворимых азотистых веществ. Примером деструкции денатурированного белка является переход коллагена в глютин.

Деструкция белков имеет место при производстве некоторых видов теста. В этом случае разрушение внутримолекулярных связей в белках происходит при участии протеолитических ферментов, содержащихся в муке и вырабатываемых дрожжевыми клетками. Протеолиз белков клейковины положительно влияет на ее эластичность и способствует получению выпечных изделий высокого качества. Однако этот процесс может иметь и отрицательные последствия, если активность протеаз муки слишком высокая (мука из недозревшего зерна и пр.).

В ряде случаев деструкция белков с помощью протеолитических ферментов является целенаправленным приемом, способствующим интенсификации технологического процесса, улучшению качества готовой продукции, получению новых продуктов питания. Примером может служить применение препаратов протеолитических ферментов (порошкообразных, жидких, пастообразных) для размягчения жесткого мяса, ослабления клейковины теста, получения белковых гидролизатов.

Для взрослого человека достаточно (1 --1,5) г белка в сутки на 1 кг массы тела, т. е. примерно (85 -- 100) г. Для детей потребность в белке значительно выше: до 1 года -- более 4 г белка на 1 кг массы тела, для 2--3-летних -- 4 г, для 3 --5-летних -- 3,8 г, для 5--7-летних -- 3,5 г. Повышенная потребность в белке у детей объясняется тем, что в растущем организме преобладают синтетические процессы и белок пищи необходим не только для поддержания азотного равновесия, но и обеспечения роста и формирования тела. Недостаток в пище белка приводит к задержке и полному прекращению роста организма, вялости, похуданию, тяжелым отекам, поносам, воспалению кожных покровов, малокровию, понижению сопротивляемости организма к инфекционным заболеваниям и т. д.

Наиболее близки к идеальному белку животные белки. Большинство растительных белков имеют недостаточное содержание одной или более незаменимых аминокислот. Например, в белке пшеницы недостаточно лизина. Кроме того, растительные белки усваиваются в среднем на 75%, тогда как животные -- на 90 % и более. Доля животных белков должна составлять около 55 % от общего количества белков в рационе. Опыты показали, что один животный или один растительный белок обладают меньшей биологической ценностью, чем смесь их в оптимальном соотношении.

Поэтому лучше сочетать мясо с гарниром (гречихой или картофелем), хлеб с молоком и т.д.

Проблема повышения биологической ценности продуктов питания издавна является предметом серьезных научных исследований. В аминокислотном балансе человека за счет преобладания в рационе продуктов растительного происхождения намечается дефицит трех аминокислот: лизина, треонина и метионина. Повышение биологической ценности продуктов питания может быть осуществлено путем добавления химических препаратов (например, концентратов или чистых препаратов лизина) и натуральных продуктов, богатых белком вообще и лизином, в частности. Применение натуральных продуктов представляет несомненные преимущества перед обогащением продуктов химическими препаратами, поскольку во всех натуральных продуктах белки, витамины и минеральные вещества находятся в естественных соотношениях и в виде природных соединений. Среди различных натуральных продуктов особого внимания ввиду высокого содержания лизина заслуживают молочные (цельное молоко, сухое обезжиренное и цельное), творог, молочные сыворотки (творожная, подсырная) в нативном, а также концентрированном и высушенном виде.

3.4 Изменения жиров пищевых продуктов

Эта группа высокоэнергетических органических веществ является основной составной частью товарных жировых продуктов. Доля липидов в растительных маслах составляет практически 100 %, а в маргарине и сливочном масле (60--82)%. Кроме этого, липиды в качестве компонентов входят во многие виды пищевого сырья, а также в кулинарные изделия.

Наличие липидов в первую очередь определяет высокую энергетическую ценность (калорийность) отдельных продуктов питания, чрезмерное потребление которых приводит к избыточной массе тела. Вместе с тем многие изделия, содержащие много липидов, портятся, так как жиры легко подвергаются окислению, или прогорканию.

Липиды -- природные биологически активные соединения и их синтетические аналоги, структурные компоненты которых построены из остатков высокомолекулярных жирных кислот, спиртов, альдегидов, полиолов (главным образом, глицерин и диолы). Эти функциональные группы соединены между собой сложноэфирной, простой эфирной, амидной, фосфоэфирной, гликозидной и другими связями.

Все липиды нерастворимы в воде (гидрофобны) и хорошо растворяются в органических растворителях (бензин, диэтиловый эфир, хлороформ и др.).

К липидам относятся триацилглицерины, или собственно жиры (простые липиды), а также сложные липиды. Наиболее важная и распространенная группа сложных липидов -- фосфолипиды. Молекула их построена из остатков спиртов, высокомолекулярных жирных кислот, фосфорной кислоты, азотистых оснований. Фосфолипиды -- обязательный компонент клеток, вместе с белками и углеводами они участвуют в построении мембран клеток и субклеточных структур, выполняя роль своеобразного каркаса. Фосфолипиды -- хорошие эмульгаторы, применяются в хлебопекарной и кондитерской промышленности, в маргариновом производстве.

В состав сложных липидов могут входить гликолипиды, содержащие в качестве структурных компонентов углеводные фрагменты (остатки глюкозы, галактозы и т.д.). Липиды могут образовывать комплексы с белками -- липопротеины.

При выделении липидов из масличного сырья в масло переходит большая группа сопутствующих им жирорастворимых веществ: стероиды, пигменты, жирорастворимые витамины.

Липиды являются источниками энергии. При окислении в организме человека 1 г жира выделяется 9 ккал, причем это сопровождается образованием большого количества воды: при полном распаде (окислении) из 100 г жира выделяется 107 г эндогенной воды.

Липиды выполняют структурно-пластическую функцию как компонент клеточных и внутриклеточных мембран всех тканей. Мембранные структуры клеток, образованные двумя слоями фосфолипидов и белковой прослойкой, содержат ферменты, при участии которых обеспечивается упорядоченность потоков продуктов обмена в клетки и из них.

В организме человека и животных жир находится в двух видах: структурный (протоплазматический) и резервный. Структурный жир входит в состав клеточных структур. Резервный накапливается в жировых депо (подкожный жировой слой, околопочечный жир, в брюшной полости).

Жиры являются растворителями витаминов A, D, Е, К и способствуют их усвоению.

В состав жиров входят насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты. Насыщенные жирные кислоты масляная, пальмитиновая, стеариновая используются организмом в целом как энергетический материал. Больше всего их содержится в животных жирах и они могут синтезироваться в организме из углеводов (или белков).

Ненасыщенные жирные кислоты делятся на моно- и полиненасыщенные. Наиболее распространенной мононенасыщенной жирной кислотой является олеиновая, ее также много в животных жирах. Особое значение для организма человека имеют полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК) -- линолевая, линоленовая и арахидоновая. Наиболее ценная из них линолевая, при постоянном ее недостатке организм погибает.

Полиненасыщенные жирные кислоты иначе называют витамином F (от англ, «fat» -- жир), так как они практически не синтезируются в организме и должны поступать с пищей. Полиненасыщенные жирные кислоты содержатся в растительных жирах.

Важнейшими источниками растительных жиров являются растительные масла - 99,9 % жира, орехи - (53--65) %, овсяная крупа - 6,9 %. Источники животных жиров -- свиной шпик - (90--92) %, сливочное масло - (72--82) %, жирная свинина - 49 %, сметана - 30 %, сыры - (15-30)%.

Во многих пищевых продуктах содержится определенное количество жироподобных веществ -- стеринов, наиболее важен из них холестерин. Холестерин является нормальным компонентом большинства клеток здорового организма: входит в состав оболочек и других частей клеток и тканей организма, используется для образования ряда высокоактивных веществ, в том числе желчных кислот, половых гормонов, гормонов надпочечников. Особенно много холестерина в тканях головного мозга (2 %). Суточная потребность в холестерине составляет 0,5 г. Из них 20% поступает с пищей, 80% синтезируется нашим организмом.

Однако холестерин не относится к незаменимым веществам пищи, поскольку он легко синтезируется в организме из продуктов окисления углеводов и жиров. Таким образом, содержание холестерина в тканях зависит не только от количества его в пище, но и от интенсивности синтеза в организме. У здорового взрослого человека количество холестерина, поступающего с пищей и синтезирующегося, с одной стороны, и холестерина, распадающегося и удаляемого из организма -- с другой, уравновешено.

В крови, желчи холестерин удерживается в виде коллоидного раствора благодаря связыванию с фосфатидами, ненасыщенными жирными кислотами, белками. При нарушении обмена этих веществ или их недостатке холестерин выпадает в виде мелких кристаллов, оседающих на стенках кровеносных сосудов, в желчных путях, что обусловливает нарушение их функций, способствует появлению атеросклеротических бляшек в сосудах, образованию желчного камня. Наиболее богаты холестерином яйца, сливочное масло, сыр, мясо, сердце, печень.

Для глицеридов, составляющих основную массу масел и жиров, характерны следующие превращения: окисление, обмен остатков жирных кислот, входящих в их молекулы, гидролиз и др.

Жиры являются составной частью многих кулинарных изделий, выполняют роль теплопередающей и антиадгезионной среды при тепловой обработке продуктов.

Если жир используется в качестве теплопередающей среды, особенно при жарке продуктов во фритюре, первостепенное значение приобретают такие его показатели, как термостойкость, низ-кие влажность и вязкость в нагретом состоянии, отсутствие резко выраженных вкуса и запаха. Не следует также использовать для фритюрной жарки высоконепредельные растительные масла, так как пищевая ценность их при продолжи-тельном нагреве существенно снижается.

При свободном доступе воздуха происходит окисление жиров, которое ускоряется с повышением их температуры. При температурах хранения (от 2 до 25)0С в жире происходит автоокисление, при температурах жарки (от 140 до 200)0С -- термическое окисление.

В начальный период автоокисления имеет место длительный индукционный период, в течение которого накапливаются свободные радикалы. Однако, как только концентрация их достигнет определенного значения, индукционный период заканчивается и начинается автокаталитическая цепная реакция -- процесс быстрого присоединения к радикалам кислорода. Первичными продуктами автокаталитической цепной реакции являются гидроперекиси, склонные к реакциям распада, в результате которых образуются два новых радикала, увеличивающие скорость цепной реакции. При соединении двух радикалов с образованием неактивной молекулы может произойти обрыв цепи автокаталитической цепной реакции.

Если жир нагрет до температуры от (140 до 200)0С -(жарка продуктов), индукционный период резко сокращается. Присоединение кислорода к углеводородным радикалам жирных кислот происходит более беспорядочно, минуя некоторые стадии, имеющие место при автоокислении. Некоторые продукты окислении жиров (гидроперекиси, эпоксиды, альдегиды и др.), относительно устойчивые при температурах автоокисления, не могут длительно существовать при высоких температурах термического окисления и распадаются по мере образования. В результате их распада образуется многочисленная группа новых реакционноспособных веществ, увеличивающих возможность вторичных химических реакций в нагретом жире и их многообразие.

Продукты, образующиеся при авто- и термическом окислении. можно подразделить на три группы:

продукты окислительной деструкции жирных кислот, в результате которой образуются вещества с укороченной цепью;

продукты изомеризации, а также окисленные триглицериды, которые содержат то же количество углеродных атомов, что и исходные триглицериды, но отличаются от последних наличием в углеводородных частях молекул жирных кислот новых функциональных групп, содержащих кислород;

продукты окисления, содержащие полимеризованные или конденсированные жирные кислоты, в которых могут находиться и новые функциональные группы, содержащие кислород.

Помимо окислительных изменений, при любом способе тепловой обработки в жирах происходят гидролитические процессы, обусловленные воздействием на жир воды и высокой температуры.

В присутствии воды гидролиз жира протекает в три стадии. На первой стадии от молекулы триглицерида отщепляется одна молекула жирной кислоты с образованием диглицерида. Затем от диглицерида отщепляется вторая молекула жирной кислоты с образованием моноглицерида. И наконец, в результате отделения от моноглицерида последней молекулы жирной кислоты образуется свободный глицерин. Ди- и моноглицериды, образующиеся на промежуточных стадиях, способствуют ускорению гидролиза. При полном гидролитическом расщеплении молекулы триглицерида образуется одна молекула глицерина и три молекулы свободных жирных кислот.

Преобладание в жире гидролитического или окислительного процесса зависит от интенсивности воздействия на него температуры, кислорода воздуха и воды, а также продолжительности нагревании и присутствия веществ, ускоряющих или замедляющих эти процессы.

Изменения жиров при варке

Содержащийся в продуктах жир в процессе варки плавится и переходит в жидкость. Количество поступающего в варочную среду жира зависит от его содержания и характера отложения в продукте, продолжительности варки, величины кусков.

Основная масса извлеченного жира (90--95) % собирается на поверхности бульона, и лишь небольшая часть (3,5 - 10) % распределяется по всему объему бульона в виде мельчайших жировых капелек (эмульгирует). Что придает бульону мутность.

Количество жира, эмульгированного при варке, увеличивается с возрастанием интенсивности кипения и количества жидкости по отношению к продукту. При совместном воздействии этих факторов количество эмульгированного жира может увеличиться в несколько раз. Так, при изменении соотношения между количеством воды и костей с (3 : 1) до (8 : 1) при слабом кипении количество эмульгированного жира возрастает почти вдвое, а при сильном кипении -- более чем в 5 раз.

О частичном гидролитическом расщеплении жира при варке свидетельствует возрастание его кислотного числа. При температуре варки (около 1000С) вода и жир практически взаимно нерастворимы, поэтому гидролиз протекает на поверхности раздела жировой и водной фаз. При эмульгировании увеличивается поверхность соприкосновения жира с водой, что способствует его гидролизу. Наличие в варочной среде поваренной соли и продуктов, содержащих кислоты, усиливает гидролиз жира. Однако полного расщепления жиров при варке не происходит, и поэтому в варочной среде наряду со свободными жирными кислотами и глицерином всегда присутствуют моно- и диглицериды.

Образующиеся в результате гидролиза высокомолекулярные жирные кислоты придают бульону неприятный салистый привкус. Чем больше эмульгирует и гидролизуется жира, тем ниже качество бульона.

Изменения жиров при жарке

Из всех способов жарки наиболее распространенными являются два: с небольшим количеством жира и в большом количестве жира (во фритюре). Жарка во фритюре может быть непрерывной (отношение жира и продукта (20:1)) и периодической (отношение жира и продукта от (4:1) до (6:1)).

Несмотря на значительную аэрацию и действие высоких температур (140 -- 200) 0С, глубоких окислительных изменений в жире не наблюдается из-за небольшой продолжительности нагревания.

При жарке с небольшим количеством жира, нагреваемого в виде тонкого слоя, возможен его перегрев. Даже при кратковременном перегреве (температура свыше 2000 С) может произойти термическое разложение жира с выделением дыма (пиролиз). Температура, при которой начинается выделение дыма из жира, называется температурой или точкой дымообразования. Различные жиры при одинаковых условиях нагревания имеют разную температуру дымообразования (0С): свиной жир -- 221, хлопковое масло -- 223, пищевой саломас -- 230. -

На температуру дымообразования, помимо вида жира, влияют содержание в нем свободных жирных кислот, отношение нагреваемой поверхности жира к его объему и материал посуды, в которой производится нагрев. Присутствие в жире даже небольших количеств свободных жирных кислот заметно снижает температуру дымообразования. Так, при повышении содержания свободных жирных кислот в свином жире (от 0,02 до 0,81)% температура его дымообразования снижается (с 221 до 150)0С. При нагревании одного и того же количества жира одного вида на двух сковородах диаметром (15 и 20) см температура дымообразования оказалась соответственно (185 и 169)0С.

Некоторые металлы переменной валентности (железо, медь и др.) способны катализировать пиролиз жира, снижая таким образом температуру дымообразования.

На крупных пищевых предприятиях применяются аппараты непрерывной фритюрной жарки, тепловая обработка продуктов в которых производится в большом количестве жира (отношение жира к продукту до 20 : 1). В таких аппаратах жарят рыбные полуфабрикаты, картофельные чипсы и крекеры. Увеличение количества жира позволяет ускорить процесс жарки, поддерживать более низкие температуры фритюра (150 -- 160)0С, снижать скорость его термического разложения и окисления, а следователь-но, и расход.

При непрерывной жарке качество фритюрного жира зависит от коэффициента сменяемости (К):

К = П/ М

где П -- количество жира, поглощаемого и адсорбируемого обжариваемым продуктом за 24 ч, кг;

М -- средняя масса жира в жарочном аппарате, кг.

Чем выше коэффициент сменяемости жира, тем меньше он подвергается окислительным изменениям. В результате постоянной сменяемости нагреваемого жира степень окисления его быстро достигает стабильного состояния и в дальнейшем мало изменяется.

Наиболее глубокие изменения происходят в жире при периодической фритюрной жарке. При таком способе жарки жир может длительно нагреваться без продукта (холостой нагрев) и периодически использоваться для жарки различных продуктов при сравнительно низком коэффициенте сменяемости. Причем циклы охлаждения и нагревания многократно повторяются. Вероятность окисления жиров при таком циклическом нагреве даже выше, чем при непрерывном.

Таблица 1 - Режимы фритюрной жарки некоторых полуфабрикатов

Полуфабрикаты	Температура, 0С	Продолжи-тельность жарки, мин.
Котлеты по-киевски Рыба в тесте Порционные куски рыбы Картофель (брусочки) Картофель (соломка) Мясо, птица, кролик отварные Пирожки, пончики, чебуреки	160-170 160-170 160-170 175-180 175-180 170-180 180-190	3-4 2-3 3-5 5-6 3-4 3-4 4-6

3.4.1 Физико-химические изменения жиров при жарке во фритюре

При термическом окислении жиров в процессе фритюрной жарки

происходит быстрое образование и распад перекисей, о чем свидетельствует скачкообразное изменение перекисного числа. Циклические перекиси могут распадаться с образованием двух соединений с укороченной цепью (альдегид и альдегидо-кислота), которые при дальнейшем окислении могут образовывать соответственно одноосновную и двухосновную кислоты:

Циклические перекиси могут превращаться и в другие более стабильные продукты вторичного окисления:

Вода, попадающая в жир из обжариваемого продукта, не только испаряется, унося с собой летучие продукты распада, но и способствуют гидролизу жира. В результате накопления свободных жирных кислот кислотное число жира непрерывно увеличивается, причем не только вследствие гидролиза, но и за счет образования низкомолекулярных кислот при расщеплении перекисей.

В то время как кислотное число фритюра по мере нагревания непрерывно возрастает, температура дымообразования почти линейно снижается. Это приводит к усилению выделения дыма по мере увеличения продолжительности нагревания. Вследствие увеличения содержания соединений с сопряженными двойными связями, образующимися при изомеризации, возрастает оптическая плотность жира при длине волны (232 - 234) нм.

Йодное число уменьшается как вследствие окислительных реакций по месту двойных связей, так и за счет накопления высокомолекулярных веществ, поскольку оксикислоты, дикарбонильные вещества и соединения с сопряженными двойными связями способны к реакциям полимеризации и поликонденсации. О накоплении полимеров свидетельствует увеличение вязкости.

При термическом окислении наряду с циклическими полимерами образуются циклические мономеры.

Один из основных факторов, влияющих на скорость химических изменений фритюрного жира, - температура, повышение которой ускоряет гидролиз, а также гидролитические и окислительные процессы. Так при 2000С гидролиз жира протекает в 2,5 раза быстрее, чем при 1800С. при температурах свыше 2000С помимо пиролиза заметно ускоряется нежелательные процессы полимеризации.

Другим фактором является контакт жира с кислородом воздуха, без доступа которого даже длительное нагревание при (180 - 190)0С не вызывает заметных окислительных изменений жира. Увеличению контакта с воздухом способствуют нагревание жира тонким слоем, жарка продуктов пористой структуры, сильное вспенивание и перемешивание жира.

Большое значение имеет присутствие в жире катализаторов или инициаторов окисления, увеличивающих скорость окислительных процессов. К ним относятся хлорофилл и металлы перемен-ной валентности (Fе, Сu, Мn, Со и др.).

Скорость автоокисления жира можно заметно затормозить, вводя в него ничтожные количества антиоксидантов, механизм действия которых неодинаков. Некоторые естественные (каротин, изомеры токоферола) и искусственные (бутилоксианизол, бутилокситолуол, некоторые производные фенола) антиоксиданты связывают свободные радикалы, переводя их в неактивное состояние. Однако при высоких температурах жарки большинство естественных и искусственных антиоксидантов разрушается или испаряется.

Заметное влияние на скорость термического окисления жира оказывает химический состав обжариваемых продуктов, что объясняется, в частности, содержанием в некоторых из них значительного количества антиоксидантов. Так, входящие в состав продуктов белки способны проявлять антиокислительное действие, некоторые вещества, образующиеся в результате реакции меланоидинообразования, обладают редуцирующим действием и могут прерывать цепь окислительных превращений. Более заметное окисление фритюрных жиров при холостом нагреве по сравнению с окислением их при обжаривании продуктов можно объяснить антиокислительным действием других компонентов, входящих в состав обжариваемых продуктов в небольших количествах (витамин С, некоторые аминокислоты, глютатион).

Кроме того, устойчивость жира к окислению зависит от степени его ненасыщенности. Ненасыщенные жиры окисляются быстрее насыщенных. Однако условия жарки (температура, доступ воздуха и длительность нагревания) играют более существенную роль в процессе термического окисления.

В процессе жарки во фритюре изменяются вкус, цвет и запах жира

Пигменты, содержащиеся в жире (каротиноиды, хлорофилл, госсипол и др.), легко разрушаются под действием нагрева, вследствие чего в начале нагревания цвет жира несколько светлеет, а по мере дальнейшего нагревания начинает темнеть до цвета крепкого кофе.

Причин потемнения жира несколько. Одна из них -- загрязнение жира веществами пирогенетического распада, образующимися при обугливании мелких частиц обжариваемых продуктов.

Другая причина потемнения жира -- реакции меланоидинообразования и карамелизации. Источником аминных групп, участвующих в первой из них, могут служить обжариваемые продукты, а при использовании для фритюра нерафинированных масел -- и входящие в них фосфатиды. Поэтому цвет рафинированных масел, из которых удалены фосфатиды и другие посторонние вещества, изменяется значительно медленнее.

Следующая причина появления темной окраски -- накопление темноокрашенных продуктов окисления самого жира.

Еще одна причина потемнения жиров -- это присутствие в некоторых из них хромогенов (слабоокрашенных или бесцветных веществ). При окислении и действии других факторов хромогены интенсивно окрашиваются.

Чистые неокисленные триглицериды не имеют вкуса и запаха. Однако в процессе фритюрной жарки образуются летучие вещества (вещества с укороченной цепью), которых в гретых фритюрных жирах обнаружено свыше 220 видов. Некоторые из них придают определенный запах обжариваемым продуктам и самому жиру. Например, карбонильные производные, содержащие 4, 6, 10 или 12 атомов углерода, придают фритюру приятный запах жареного, тогда как карбонильные компоненты, содержащие 3, 5 или 7 атомов углерода, отрицательно влияют на запах фритюра.

При длительном использовании для фритюрной жарки жир приобретает темную окраску и одновременно жгуче-горький вкус. Кроме того, у него появляется едкий запах горелого. Объясняется это в основном присутствием в нем акролеина (СН = СН -- СНО), содержание которого в жире возрастает по мере снижения температуры дымообразования. Горький вкус и запах горелого обусловлены в основном продуктами пирогенетического распада пищевых продуктов. Меланоидины также влияют на вкус и запах нагретого фритюрного жира.

Накопление в жире полярных поверхностно-активных соединений (например, оксикислот) и возрастающая вязкость вызывают образование интенсивной и стойкой пены при загрузке продукта в жир, что может привести к перебрасыванию жира через край посуды и его воспламенению. Таким образом, сильное вспенивание и уменьшение температуры дымообразования (ниже 1900С) делает жир непригодным для жарки.

3.4.2 Влияние жарки на пищевую ценность жира

При жарке пищевая ценность жира снижается вследствие уменьшения содержания в нем жирорастворимых витаминов, незаменимых жирных кислот, фосфатидов и других биологически активных веществ, а также за счет образования в них неусвояемых компонентов и токсических веществ.

Токсичность гретых жиров связана с образованием в них циклических мономеров и димеров. Эти вещества образуются из полиненасыщенных жирных кислот при температурах свыше 2000С. При правильных режимах жарки они появляются в фритюрных жирах в очень небольших количествах. Токсичность этих веществ проявляется при большом содержании их в рационе.

Продукты окисления жира, раздражая кишечник и оказывая послабляющее действие, ухудшают усвояемость не только самого жира, но и употребляемых вместе с ним продуктов. Отрицательное действие термически окисленных жиров может проявляться при их взаимодействии с другими веществами. Так, они могут вступать в реакцию с белками, ухудшая их усвояемость, а также частично или полностью инактивировать некоторые ферменты и разрушать многие витамины.

Качество фритюрных жиров необходимо периодически контролировать в процессе их использования.

Предельно допустимая норма содержания продуктов окисления и полимеризации в фритюрных жирах не должна превышать 1%.



3.5 Изменения углеводов пищевых продуктов

Углеводы составляют значительную часть рациона питания человека. Пища растительного происхождения в первую очередь содержит углеводы.

Все углеводы делятся на простые (монозы) и сложные (олигосахариды, полисахариды). Простыми углеводами называют углеводы, не способные гидролизоваться с образованием более простых соединений.

Основными представителями моносахаров (моноз) являются глюкоза и фруктоза, которые играют важную роль в пищевой технологии и являются важными компонентами продуктов питания и исходным материалом (субстратом) при брожении.

В природе широко распространены также арабиноза, рибоза, ксилоза, главным образом в качестве структурных компонентов сложных полисахаридов (пентозанов, гемицеллюлоз, пектиновых веществ), а также нуклеиновых кислот и других природных полимеров.

Молекулы полисахаридов построены из различного числа остатков моноз. Наиболее широко распространены дисахариды мальтоза, сахароза и лактоза (молочный сахар).

Высокомолекулярные полисахариды состоят из большого числа остатков моноз (до 6 -- 10 тыс.). Они делятся на гомополисахариды, построенные из остатков моносахаридов одного вида (крахмал, гликоген, клетчатка), и гетерополисахариды, состоящие из остатков различных моносахаридов.

С точки зрения пищевой ценности углеводы делятся на усвояемые и неусвояемые. К усвояемым относятся все моно- и дисахариды, крахмал, гликоген, к неусвояемым -- клетчатка, гемицеллюлозы, пектиновые вещества, лигнин. Эти полисахариды входят в состав клеточных стенок растений, называются пищевыми волокнами и не усваиваются нашим организмом, так как ферменты желудочно-кишечного тракта человека не расщепляют их.

Физиологическая роль отдельных углеводов заключается в следующем.

Глюкоза Является сахаром, в виде которого углеводы циркулируют в крови, а также питательным веществом для мозга.

Фруктоза Имеет особый путь превращения в печени в гликоген. Для этого не требуется инсулин, поэтому фруктоза может потребляться людьми, страдающими сахарным диабетом.

Лактоза Подавляет нежелательную микрофлору желудочно-кишечного тракта. Лактоза способствует развитию молочнокислых бактерий, которые подавляют рост патогенных микроорганизмов.

Мальтоза Сахар для страдающих болезнями желудочно- кишечного тракта, так как не сбраживается в кишечнике.

Сахароза Очень легко усваивается. Не имеет специфических положительных функций. Несет только энергетические функции.

Ощущение сладкого, воспринимаемое рецепторами языка, тонизирует центральную нервную систему. Наиболее сладким сахаром является фруктоза.

Таблица 2 - Относительная сладость некоторых сахаров, %

Сахара	Сладость,%
Сахароза	100
Фруктоза	173
Глюкоза	74
Галактоза	32,1
Мальтоза	32,5
Лактоза	16
Инвертный сахар	130

Крахмал -- полисахарид, являющийся смесью полимеров двух типов, отличающихся пространственным строением -- амилозы и амилопектина. Является резервным полисахаридом растений (зерно, картофель). Крахмал в отличие от сахарозы не приводит к быстрому увеличению сахара в крови и является основным источником глюкозы.

В ходе гидролиза постепенно идет деполимеризация крахмала с образованием декстринов, затем мальтозы, а при полном гидролизе -- глюкозы.

Крахмальные зерна при обычной температуре не растворяются в воде, при повышении температуры набухают, образуя вязкий коллоидный раствор. Этот процесс называется клейстеризацией крахмала.

Гликоген (животный крахмал) -- основной запасный углевод, биополимер, состоящий из остатков глюкозы, является компонентом всех тканей животных и человека. Он служит важным источником энергии и резервом углеводов в организме. Кроме того, гликоген участвует в регуляции водного баланса клеток. Значительная часть гликогена связана в клетках с белками.

Наиболее высокое содержание гликогена наблюдается в печени, в среднем (2--6)% массы влажной ткани. Хотя концентрация этого полисахарида в мышцах значительно ниже (0,5 -- 1,5) %, однако в норме 2/3 от общего его количества находится в мышцах.

Избыток потребления усвояемых углеводов приводит к развитию многих болезней, в первую очередь, ожирения, а также диабета и атеросклероза.

Неусвояемые в организме человека углеводы: целлюлоза (клетчатка), пектиновые вещества, или пищевые волокна, обладают рядом полезных свойств, без которых организму человека очень сложно хорошо функционировать. Так, клетчатка создает благоприятные условия для продвижения пищи по желудочно-кишечному тракту, нормализует деятельность полезных микроорганизмов кишечника, способствует выведению из организма холестерина, создает чувство насыщения, чем снижает аппетит. Однако чрезмерное потребление клетчатки приводит к уменьшению усвояемости основных пищевых веществ.

Пектин способствует выведению из организма тяжелых металлов, участвует в подавлении жизнедеятельности гнилостных микроорганизмов. Он эффективнее, чем клетчатка, способствует снижению холестерина в крови и удалению желчных кислот. Больше всего пектина содержится в вишне, яблоках, абрикосах, черной смородине.

Углеводы при хранении и переработке пищевого сырья претерпевают разнообразные и сложные превращения. Это в первую очередь кислотный и ферментативный гидролиз ди- и полисахаридов, сбраживание моносахаридов, меланоидинообразование и карамелизация.

Потребность человека в углеводах связана с его энергетическими затратами и равна (365 -- 500) г/сут, в том числе крахмала (350--400) г/сут, моно- и дисахаридов (50--100) г/сут, пищевых волокон до 25 г/сут.

Физико-химические и биохимические изменения, происходящие с углеводами в процессе технологической обработки продуктов, существенно влияют на качество готовых изделий.

В процессе технологической обработки пищевых продуктов сахара могут подвергаться кислотному и ферментативному гидролизу, а также глубоким изменениям, связанным с образованием окрашенных веществ (карамелей и меланоидинов).

При нагревании дисахариды под действием кислот или в присутствие ферментов гидролизуются до моносахаридов. Сахароза в водных растворах под влиянием кислот присоединяет молекулу воды и расщепляется на равные количества глюкозы и фруктозы. Полученная смесь глюкозы и фруктозы вращает плоскость поляризации не вправо, как сахароза, а влево. Такое преобразование правовращающей сахарозы в левовращаюшую смесь моносахаридов называется инверсией, а эквимолекулярная смесь глюкозы и фруктозы- -инвертным сахаром. Последний имеет более сладкий вкус, чем сахароза. Инвертный сахар образуется, например, при варке киселей, компотов, запекании яблок с сахаром.

Степень инверсии сахарозы зависит от продолжительности тепловой обработки, а также вида и концентрации содержащейся в продукте кислоты.

Карамелизация. Нагревание сахаров при температурах, превышающих 1000С, в слабокислой и нейтральной средах приводит к образованию сложной смеси продуктов, свойства и состав которой изменяются в зависимости от степени воздействия среды, вида и концентрации сахара, условий нагревания и т. д.

Нагревание глюкозы в слабокислой и нейтральной средах вызывает дегидратацию сахара с выделением одной или двух молекул воды. Ангидриды сахаров могут соединяться друг с другом или с неизмененным сахаром и образовывать так называемые продукты реверсии (конденсации). Под продуктами реверсии, образующимися при разложении сахаров, понимают соединения с большим числом глюкозных единиц в молекуле, чем у исходного сахара.

Последующее тепловое воздействие вызывает выделение треть-ей молекулы воды с образованием оксиметилфурфурола, который при дальнейшем нагревании может распадаться с разрушением углеводного скелета и образованием муравьиной и левулиновой кислот или образовывать конденсированные (окрашенные) соединения.

По мере нагревания сухой сахарозы отщепляется все больше молекул воды, в результате чего образуется большое количество продуктов разложения, в том числе производных фурфурола, альдегидов, акролеина, двуокиси углерода, смеси ангидридов.

При отщеплении от молекул сахарозы двух молекул воды образуется карамелан (С12Н18О9) - вещество светло - соломенного цвета, растворяющееся в холодной воде. При отщеплении от трех молекул сахарозы восьми молекул воды карамелен (С36Н50О25), имеющий ярко - коричневый цвет с рубиновым оттенком. Карамелен растворяется в холодной и кипящей воде. Более сильное обезвоживание нагреваемой массы приводит к образованию темно - коричневого вещества - карамелина (С24Н30О15), которое растворяется только в кипящей воде. При длительном нагревании образуются гуминовые вещества, растворимые только в щелочах.

Продукты карамелизации сахарозы являются смесью веществ различной степени полимеризации, поэтому деление их на карамелан, карамелен, карамелин условное; все эти вещества можно получить одновременно.

Меланоидинообразование. При взаимодействии альдегидных групп альдосахаров с аминогруппами белков, аминокислот образуются различные карбонильные соединения и темноокрашенные продукты -- меланоидины.

Реакция впервые была описана в 1912 г. Майаром.

Альдегиды, полученные из аминокислот, являются эффективными ароматообразующими веществами.

Сравнительно простую структуру имеют другие вещества, образующиеся в процессе покоричневения -- пиразины, среди которых преобладают короткоцепочечные соединения.

Продукты реакции меланоидинообразования оказывают различное влияние на органолептические свойства готовых изделий: заметно улучшают качество жареного и тушеного мяса, котлет, но ухудшают вкус, цвет и запах бульонных кубиков, мясных экстрактов и других концентратов.

Продукты реакции Майара обусловливают аромат сыра, свежевыпеченного хлеба, обжаренных орехов. Образование тех или иных ароматических веществ зависит от природы аминокислот, вступающих в реакцию с сахарами, а также от стадии реакции. Каждая аминокислота может образовывать несколько веществ, участвующих в формировании аромата пищевых продуктов.

Следствием меланоидинообразования являются нежелательные потемнение и изменение аромата и вкуса в процессе нагревания плодовых соков, джемов, желе, сухих фруктов и овощей, что обусловливает увеличение содержания альдегидов и потери некоторых аминокислот и сахаров.

Процесс меланоидинообразования, с одной стороны, снижает пищевую ценность готового продукта вследствие потери ценных пищевых веществ, с другой стороны, улучшает органолептические показатели кулинарных изделий.

3.5.1 Изменения крахмала

Крахмал содержится в растениях в виде отдельных зерен. В зависимости от типа растительной ткани эти зерна могут иметь различные размеры - от долей до 100 мкм и более.

Крахмальное зерно -- это биологическое образование с хорошо организованными формой и структурой. В центральной части его имеется ядро, называемое зародышем, или «точкой роста» вокруг которого видны ряды концентрических слоев «колец роста». Толщина слоев крахмальных зерен составляет примерно 0,1 мкм.

Амилопектин, который является одним из самых крупных полимеров, имеет большую молекулярную массу, чем амилоза (обычно выше 107). Полисахариды в крахмальном зерне связаны между собой главным образом водородными связями. Молекулы полисахаридов расположены в зерне радиально.

При кулинарной обработке крахмалосодержащих продуктов крахмал проявляет способность к адсорбции влаги, набуханию и клейстеризации. Кроме того, в нем могут протекать процессы деструкции. Интенсивность всех этих процессов зависит от свойств самого крахмала, а также температуры и продолжительности нагревания, соотношения крахмала и воды, вида и активности ферментов и др.

Растворимость. Нативный крахмал практически не растворим в холодной воде. Однако вследствие гидрофильности он может адсорбировать влагу до 30% собственной массы. Низкомолекулярные полисахариды, в частности амилозы, содержащие до 70 глюкозных остатков, растворимы в холодной воде. При увеличении длины молекулы полисахариды могут растворятся только в горячей воде. Процесс растворения крахмальных полисахаридов протекает медленно вследствие относительно большого размера молекул. Известно, что линейные полимеры перед растворением сильно набухают, поглощая большое количество растворителя, и при этом резко увеличиваются в объеме. Растворению крахмальных полимеров в воде также предшествует набухание.

Набухание и клейстеризация. Набухание влияет на консистенцию, форму, объем и выход готовых изделий из крахмалосодержащих продуктов. Степень набухания зависит от температуры среды и соотношения воды и крахмала. При нагревании водной суспензии крахмальных зерен до температуры 550С они медленно поглощают воду (до 50%) и частично набухают. При этом повышение вязкости не наблюдается. При дальнейшем нагревании суспензии (в интервале температур от 60 до 1000С) набухание крахмальных зерен ускоряется, причем объем их увеличивается в несколько раз.

Дисперсия, состоящая из набухших крахмальных зерен и растворенных в воде полисахаридов, называется крахмальным клейстером, а процесс его образования -- клейстеризацией. Клейстеризация - это изменение структуры крахмального зерна при нагревании в воде, сопровождающееся набуханием.

Процесс клейстеризации крахмала происходит в определенном интервале температур, обычно от (55 до 800С). Одним из признаков клейстеризации является значительное повышение вязкости крахмальной суспензии. Вязкость клейстера обусловлена не только присутствием набухающих крахмальных зерен, сколько способностью растворенных в воде полисахаридов образовывать трехмерную сетку, удерживающую большое количество воды, чем крахмальные зерна. Этой способностью в наивысшей степени обладает амилоза.

Таблица 3 - Физико-химические свойства крахмала, выделенного из различных растений

Виды крахмала	Количество амилозы, %	Температура клейстеризации 0С	Степень набухания,%	Коэффициент замены
Клубневые: картофельный маниоковый бататный Зерновые: пшеничный кукурузный рисовый кукурузный амилопектиновый рисовый амилопектиновый	32,10 22,56 21,84 21,37 19,25 20,02 5,76 2,91	58-62 60-68 58-72 50-90 66-86 58-86 62-70 54-68	1005 775 862 628 752 648 608 405	1,00 2,50 1,70 2,70 2,30 2,20 1,55 2,75

Отдельные виды крахмала содержат неодинаковое количество амилозы, имеют разные температуру клейстеризации и способность к набуханию.

Крахмальные клейстеры служат основой многих кулинарных изделий. Клейстеры в киселях, супах - пюре обладают относительно жидкой консистенцией вследствие невысокой концентрации в них крахмала (2-5%). Более плотную консистенцию имеют клейстеры в густых киселях (до 8% крахмала). Еще более плотная консистенция клейстеров в клетках картофеля, подвергнутого тепловой обработке, кашах, в отварных бобовых и макаронных изделиях, так как соотношение крахмала и воды в них 1:2 - 1:5.

На вязкость клейстеров влияют другие факторы. Сахароза в концентрациях до 20% увеличивает вязкость клейстеров, хлористый натрий в очень незначительных концентрациях -- снижает.

Уменьшение вязкости клейстеров наблюдается также при снижении рН. Причем в интервале рН от 4 до 7, характерном для многих кулинарных изделий, вязкость клейстеров снижается незначительно. При более низких значениях рН (около2,5) она резко падает.

На вязкость клейстеров оказывают влияние поверхностно-активные вещества, в частности глицериды, которые снижают вязкость клейстеров, но являются их стабилизаторами.

Белки оказывают стабилизирующее действие на крахмальные клейстеры. Например, соусы с мукой более стабильны при хранении, замораживании и оттаивании, чем клейстеры на крахмале, выделенном из муки. В охлажденном состоянии крахмальный клейстер относительно высокой концентрации превращается в студень.

Ретроградация. При охлаждении крахмалосодержащих изделий может происходить ретроградация крахмальных полисахаридов- переход их из растворимого состояния в нерастворимое вследствие агрегации молекул, обусловленной появлением вновь образующихся водородных связей.

Полисахариды в крахмальных студнях высокой концентрации (изделия из теста) быстро ретроградируют, что приводит к увеличению их жесткости -- черствению. Объясняется это тем, что физически связанная с полисахаридами вода вытесняется из студня, вследствие чего изделия приобретают более жесткую консистенцию.

Ретроградация полисахаридов усиливается при замораживании изделий. Ретроградацию полисахаридов можно частично устранить нагреванием.

Деструкция. Под деструкцией крахмала понимают как разрушение крахмального зерна, так и деполимеризацию содержащихся в нем полисахаридов.

При кулинарной обработке крахмалосодержащих продуктов деструкция крахмала происходит при нагревании его в присутствии воды и при сухом нагреве при температуре выше 1000С. Кроме того, крахмал может подвергаться деструкции под действием амилолитических ферментов. Изменения крахмала при сухом нагреве называют декстринизацией.

В результате деструкции способность крахмала к набуханию в горячей воде и клейстеризации снижается. Степень деструкции крахмала характеризуется так называемым коэффициентом деструкции, определяемым по формуле:

где Кv1 , степень набухания продукта до обработки, %;

Kv2 -- степень набухания продукта после обработки, %.

Коэффициенты деструкции крахмала при изготовлении различных кулинарных изделий неодинаковы и зависят от вида продукта и условий его обработки (табл. 3).

Увеличение температуры предварительного нагрева крахмала до 1500С вызывает более глубокую деструкцию полисахаридов. В этом случае амилоза деполимеризуется до такого состояния, что легко вымывается холодной водой, появляется и растворимая фракция амилопектина.

Таблица 4 - Коэффициенты деструкции крахмала

Вид термической обработки	Коэффициент деструкции
Пассерование муки: нагрев до 1200С (белая пассеровка) нагрев до 1500С (красная пассеровка) Обжаривание и подсушивание круп: гречневой риса Варка каш: гречневой (из обжаренной крупы) Жарка во фритюре полуфабрикатов крекеров Выпечка изделий: из дрожжевого теста слоеного (пресного теста) Обработка под давлением: риса пшена кукурузы	0,05 1,94 0,33-0,49 0,61-1,58 0,39-0,75 1,99 3,0-3,5 4,0-4,5 19 27 20-32

При изготовлении соусов используют пшеничную муку, предварительно прогретую в течении нескольких минут до 1200С (так называемая белая пассеровка) или до 1500С (красная пассеровка).

Для получения соуса одинаковой консистенции красной пассеровки расходуется в 2 раза больше, чем белой.

Ферментативная деструкция наблюдается при изготовлении дрожжевого теста и выпечке изделий из него, варке картофеля и др.

Амилолитические ферменты содержатся в муке, дрожжах, специальных препаратах, добавляемых в тесто для интенсификации процесса брожения. В муке присутствуют в основном два вида амилолитических ферментов -- б -- и в-амилазы.

б -амилаза вызывает частичную деполимеризацию крахмала с образованием низкомолекулярных полисахаридов, а продолжительный гидролиз приводит к образованию мальтозы и глюкозы.

в-амилаза гидролизует амилозу и боковые цепи амилопектина до мальтозы. Конечным продуктом являются высокомолекулярные остаточные декстрины.

В пшеничной муке обычно активна в -амилаза, активная б -амилаза встречается в муке из дефектного зерна (проросшего и др.).

Накопление мальтозы в тесте в результате действия в -амилазы интенсифицирует процесс брожения, так как этот сахар является субстратом для жизнедеятельности дрожжей.

Степень деструкции крахмала под действием в -амилазы увеличивается с повышением температуры теста и продолжительности замеса. Кроме того, она зависит от крупности помола муки и степени повреждения крахмальных зерен. Чем больше поврежденных крахмальных зерен в муке, тем быстрее протекает ферментативная деструкция.

Ферментативная деструкция крахмала продолжается и при выпечке изделий, особенно в начальной ее стадии до момента инактивации фермента. При выпечке этот процесс проходит более интенсивно, чем при приготовлении теста, гак как оклейстеризованный крахмал легче гидролизуется ферментами.

Инактивация в -амилазы при выпечке происходит при темпера-турах до 650С.

При повышенной активности б - амилазы образуются продукты деструкции, ухудшающие качество изделий из теста -- мякиш получается липким, а изделия -- непропеченными.

Модификации крахмала. Крахмальные полисахариды являются весьма лабильными, реакционноспособными соединениями. Они активно взаимодействуют с ионами металлов, кислотами, окислителями, поверхностно - активными веществами. Это позволяет модифицировать молекулы крахмала - изменять их гидрофобность, способность к клейстеризации и студнеобразованию, а также механические характеристики студней. Одни виды модификации способствуют повышению растворимости крахмала в воде, а другие ограничивают набухание.

Обширную группу продуктов из обычных или модифицированных крахмалов путем деструкции с помощью кислот, щелочей и др., а также в результате действия физических факторов: температуры, механической обработки, замораживания, оттаивания и др.

Если реакция протекает в кислой среде, то наблюдаются процессы деструкции, которые приводят к получению целого ряда продуктов - жидкокипящего крахмала (с низкой вязкостью), патоки, глюкозы.

Модифицированный крахмал применяют при изготовлении желейных изделий, мучных кондитерских изделий, отделочных полуфабрикатов типа кремов, в качестве загустителей и стабилизаторов для соусов, мороженого и др. Крахмалопродукты со структурой, подобной образующейся при выпечке хлеба, получают в результате нескольких циклов замораживания и оттаивания крахмальной дисперсии, при этом образуется пористый крахмал, нерастворимый в холодной воде. Применяют его после пропитывания сиропами в качестве начинки для конфет.